形成具有鈉雜質(zhì)的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于形成具有鈉雜質(zhì)的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括其中使固態(tài)鈉源材料蒸發(fā)的鈉蒸發(fā)器。將鈉蒸汽加入到反應(yīng)氣體和/或退火氣體中并且被導至包括襯底的爐中，其中，該襯底具有金屬前體材料。根據(jù)不同的工藝順序，前體材料與諸如含S的氣體和含Se的氣體的發(fā)生反應(yīng)。在一個實施例中，硒化操作之后為退火操作和硫化操作，并且在退火步驟與硫化反應(yīng)步驟中的至少一個步驟期間，促使鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)，以產(chǎn)生包括鈉摻雜劑雜質(zhì)的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料。
【專利說明】形成具有鈉雜質(zhì)的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及薄膜的形成。更具體地，本發(fā)明涉及產(chǎn)生并且使用鈉蒸汽以形成摻有鈉的硫?qū)倩衔锇雽w材料。該硫?qū)倩衔锇雽w材料應(yīng)用在太陽能電池和其他各種應(yīng)用中。

【背景技術(shù)】
[0002]在許多應(yīng)用中使用硫?qū)倩衔锇雽w材料，并且近年來它們?nèi)諠u流行。硫?qū)倩衔锸橇驅(qū)僭睾透哂姓娦缘脑鼗蜃杂苫亩衔?。硫?qū)僭厥窃刂芷诒碇械牡赬VI族元素，包括:氧、硫、硒、碲和釙。一種特別普及的硫?qū)倩衔锇雽w材料是CIGS，即，銅銦鎵硒化合物。CIGS材料用于不同應(yīng)用中并且作為太陽能電池的吸收層特別受歡迎。由于對清潔能源的需求不斷增長，所以太陽能電池的制造在近年來已急劇擴大，從而增大了對CIGS和其他硫?qū)倩衔锊牧系男枨蟆IGS是具有黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)的四面體鍵合的半導體。除了 CIGS (上述的銅銦鎵硒硫?qū)倩衔?之外，其他硫?qū)倩衔锇雽w材料包括CuInSe2, CuGaSe2和銦。上述以及諸如CIGSS (銅銦鎵硫-硒化合物)的其他硫?qū)倩衔锇雽w材料是具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的半導體并且由此經(jīng)常被稱為黃銅礦基半導體材料或黃銅礦結(jié)構(gòu)的半導體材料。其他硫?qū)倩衔锊牧线€可以包括黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)。
[0003]太陽能電池是從太陽光直接生成電流的光伏部件。因此，吸收將被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯奶柟獾奈諏邮欠浅Ｖ匾?。因此，吸收層的形成、吸收層的組成與吸收層在太陽能電池襯底上的布置中的每項都是關(guān)鍵問題。對于高效吸收膜的高效、精確并且可靠的生產(chǎn)的需求逐漸增長并且是至關(guān)重要的。
[0004]因此，期望通過使用產(chǎn)生平滑并且均勻沉積的硫?qū)倩衔锉∧?沒有缺陷和高效吸收)的方法和系統(tǒng)來生產(chǎn)具有優(yōu)異吸收性能的高質(zhì)量硫?qū)倩衔锉∧ぁ?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法，該方法包括:在爐中設(shè)置其上設(shè)有金屬前體的襯底；蒸發(fā)鈉以產(chǎn)生鈉蒸汽；使鈉蒸汽與入口反應(yīng)氣體流結(jié)合以生成氣體混合物；將氣體混合物輸送至爐中；以及促使氣體混合物與金屬前體在爐中發(fā)生反應(yīng)，以形成其中具有鈉摻雜劑的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料。
[0006]優(yōu)選地，蒸發(fā)包括將固體鈉源材料加熱到至少約400°C的溫度，并且促使包括加熱。
[0007]優(yōu)選地，固體鈉源材料包括似?、似(:1、似勵3、似25603、似25和Na2Se中的至少一種。
[0008]優(yōu)選地，蒸發(fā)包括將載氣導至蒸發(fā)器單元，鈉蒸汽包括鈉蒸汽流，并且結(jié)合包括將鈉蒸汽流加入至入口反應(yīng)氣體流中。
[0009]優(yōu)選地，載氣包括H2S、H2Se、N2和Ar中的一種。
[0010]優(yōu)選地，A 口反應(yīng)氣體流包括H2S,并且促使氣體混合物發(fā)生反應(yīng)包括促使發(fā)生硫化反應(yīng)。
[0011]優(yōu)選地，促使包括加熱，并且該方法還包括:在促使之前，使金屬前體與硒反應(yīng)。
[0012]優(yōu)選地，該方法還包括:在促使之前，使金屬前體與硒反應(yīng)。
[0013]優(yōu)選地，該方法還包括:在促使之前，使用比促使中使用的溫度更高的退火溫度，利用惰性退火氣體和鈉蒸汽進行退火。
[0014]優(yōu)選地，該方法還包括:在促使之前，通過使金屬前體與硒反應(yīng)而進行硒化；以及在硒化之后并且在促使之前，通過使用惰性退火氣體和鈉蒸汽來進行退火。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法，該方法包括:在爐中設(shè)置其上具有金屬前體的襯底；蒸發(fā)鈉以產(chǎn)生鈉蒸汽；在爐中的硒化反應(yīng)中，通過促使硒與金屬前體之間發(fā)生熱反應(yīng)而進行硒化；在硒化反應(yīng)之后，在爐中的硫化反應(yīng)中，通過促使硫與金屬前體之間發(fā)生熱反應(yīng)而進行硫化；以及在硒化反應(yīng)之后進行退火，其中，硫化和退火中的至少一種包括:促使鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)。
[0016]優(yōu)選地，在退火之后，以比退火的溫度更低的溫度執(zhí)行硫化，并且以比硒化反應(yīng)的溫度更高的溫度執(zhí)行退火。
[0017]優(yōu)選地，硫化反應(yīng)包括:通過將含硫的氣體混合物和鈉蒸汽輸送至爐中來促使鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)。
[0018]優(yōu)選地，退火包括:在退火期間，通過將鈉蒸汽輸送至爐中來促使鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)。
[0019]優(yōu)選地，蒸發(fā)包括:加熱固體鈉源材料，固體鈉源材料包括NaF、NaCl, NaN03、Na2SeO3^ Na2S 和 Na2Se 中的至少一種。
[0020]優(yōu)選地，蒸發(fā)包括:將載氣導至蒸發(fā)器單元，鈉蒸汽包括鈉蒸汽流，硫化和退火中的至少一種包括:將鈉蒸汽流輸送至爐中，載氣包括H2S、H2Se、N2和Ar中的一種。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于形成摻有鈉的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的系統(tǒng)，包括:爐，用于容納其上具有金屬前體的襯底；鈉蒸發(fā)器，其中具有固體鈉源材料，并且包括能夠蒸發(fā)固體鈉源材料以產(chǎn)生鈉蒸汽的加熱器；反應(yīng)氣體源；導管，將反應(yīng)氣體源流動性地連接至爐；以及鈉蒸汽導管，將鈉蒸發(fā)器流動性地連接至導管，其中，導管用于將反應(yīng)氣體與鈉蒸汽的混合物輸送至爐中。
[0022]優(yōu)選地，該方法還包括:載氣源和預熱器，載氣源位于鈉蒸發(fā)器的上游并且通過載氣管道連接至鈉蒸發(fā)器，預熱器用于加熱位于鈉蒸發(fā)器上游的載氣管道。
[0023]優(yōu)選地，固體鈉源材料包括似?、似(:1、似勵3、似25603、似25和Na2Se中的至少一種。
[0024]優(yōu)選地，該方法還包括:加熱器，用于加熱位于蒸發(fā)器下游的鈉蒸汽導管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]當結(jié)合附圖進行閱讀時，通過以下詳細的說明，將可以更好地理解本發(fā)明。需要強調(diào)的是根據(jù)慣例，不必按照比例附圖中的不同部件。相反，為了清楚起見，不同部件的尺寸可以被任意擴大或縮小。在整個說明書和附圖中，相似的附圖標號表示相似的部件。
[0026]圖1是示出了具有一些部件的鈉蒸發(fā)爐的橫截面示圖；
[0027]圖2是示出了用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料、具有以橫截面示出的包括圖1中的鈉蒸發(fā)爐的系統(tǒng)的示圖；
[0028]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例的工藝曲線圖；以及
[0029]圖4是示出了本發(fā)明的方法的另一實施例的工藝曲線圖。

【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明涉及形成具有鈉摻雜劑雜質(zhì)的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料。在多個實施例中，硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料用于太陽能電池中。在一個實施例中，硫?qū)倩衔锇雽w材料是CIGS (銅銦鎵硒化合物)，而在另一個實施例中，硫?qū)倩衔锇雽w材料是CIGSS (銅銦鎵硫-硒化合物)。
[0031]在諸如CIGS和CIGSS的硫?qū)倩衔锇雽w材料中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)摻鈉有助于提高太陽能電池性能。鈉用作受主雜質(zhì)，可增強P型載流子濃度并且特別地消除晶界處的缺陷。
[0032]本發(fā)明提供了一種方法，包括:在諸如太陽能電池襯底的襯底上形成金屬前體，然后將反應(yīng)氣體導向至其中容納具有金屬前體的襯底的爐中。反應(yīng)氣體與金屬前體反應(yīng)以產(chǎn)生用作吸收層的硫?qū)倩衔锇雽w材料。在一些實施例中，反應(yīng)氣體包括含硒的氣體，而在一些實施例中，反應(yīng)氣體包括含硫的氣體。在一些實施例中，硒化步驟發(fā)生在硫化步驟之前，而在一些實施例中，硫化步驟發(fā)生在退火步驟之后，而退火步驟發(fā)生在硒化步驟之后。使用各種不同的工藝順序。
[0033]本公開內(nèi)容涉及通過加熱固體鈉源來蒸發(fā)鈉并且將鈉蒸汽加入至反應(yīng)氣體中以形成包括鈉雜質(zhì)的諸如CIGS或CIGSS薄膜的硫?qū)倩衔锇雽w吸收層。在一些實施例中，存在約0.1至1.0的原子百分比的鈉雜質(zhì)，但是在其他實施例中使用其他雜質(zhì)濃度。
[0034]圖1是示出了用于蒸發(fā)鈉并且輸送鈉蒸汽的系統(tǒng)的示圖。圖1包括一些部件的側(cè)視圖與截面圖。鈉爐I包括設(shè)置在包括腔室5的爐周圍的擋熱板3。在腔室5內(nèi)有固體鈉源材料7。載氣11從載氣源13輸送并且流過載氣管道15。載氣管道15包括預熱器17。在一些實施例中，載氣11是N2或Ar，而在其他實施例中，載氣11是H2S或H2Se。在不同實施例中，預熱器17將載氣11加熱至不同溫度。在一個實施例中，預熱器17將載氣11加熱至約400°C或更高的溫度，但是在其他實施例中使用其他溫度。將載氣11輸送至腔室5，并且擋熱板3加熱并且蒸發(fā)腔室5內(nèi)的固體鈉源材料7。在一個實施例中，腔室5內(nèi)的蒸發(fā)溫度至少為約400°C，但是在其他實施例中使用其他溫度。擋熱板3包括加熱元件并且用于加熱鈉爐1，從而蒸發(fā)鈉源材料7。使用不同的固體鈉源材料，其中包括但不限于NaF、NaCl,NaN03、Na2SeO3^ Na2S和Na2Se。在其他實施例中，將其他材料用作固體鈉源材料7。共同加熱固體鈉源材料7與載氣11可在鈉蒸汽輸氣管道21中產(chǎn)生鈉蒸汽27的汽流。閥門23控制鈉蒸汽輸氣管道21 (用作導管)中鈉蒸汽27的氣流。在一些實施例中，位于下游的加熱器25加熱鈉蒸汽輸氣管道21內(nèi)的鈉蒸汽27以防止鈉蒸汽27冷凝。圖2將示出在一些實施例中鈉蒸汽27與反應(yīng)氣體結(jié)合并且與反應(yīng)氣體一起被輸送到反應(yīng)爐。
[0035]在一個實施例中，諸如在將H2S用作載氣11的實施例中，鈉蒸汽27是NaSx，并且在硫化操作中，NaSx蒸汽在反應(yīng)室43內(nèi)與入口反應(yīng)氣體31結(jié)合。在另一個實施例中，鈉蒸汽27是NaSex蒸汽。在一些實施例中，通過將H2Se用作載氣11來產(chǎn)生NaSex蒸汽，并且NaSex蒸汽有利地應(yīng)用于發(fā)生在反應(yīng)室43內(nèi)的硒化操作中。
[0036]圖2示出了諸如圖1中所示的鈉爐I。圖2還示出了反應(yīng)爐29，在反應(yīng)爐29內(nèi)，硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料形成在襯底上。圖2示出了連接至輸氣管道33的鈉蒸汽輸氣管道21，入口反應(yīng)氣體31和氣體混合物35的氣流流過該輸氣管道33。在不同實施例的一些工藝步驟中，鈉蒸汽27被加入至入口反應(yīng)氣體31中以生成被輸送至爐29的氣體混合物35。氣體混合物35被輸送至反應(yīng)爐29。反應(yīng)爐29是能夠依次執(zhí)行多個原位處理操作的可編程爐，并且根據(jù)一個實施例，反應(yīng)爐29執(zhí)行一個或多個諸如硒化操作和硫化操作的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的形成操作。在一些實施例中，硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料形成操作包括硒化反應(yīng)，之后是硫化反應(yīng)，而在一些實施例中，在硒化和/或硫化步驟之后執(zhí)行退火操作。從而，使用不同入口反應(yīng)氣體31。將入口反應(yīng)氣體31作為部分或全部的氣體混合物35輸送至反應(yīng)爐29。在一些實施例中，根據(jù)在反應(yīng)爐29中執(zhí)行的具體爐操作，入口反應(yīng)氣體31與鈉蒸汽27結(jié)合以形成氣體混合物35。在其他操作中，閥門23關(guān)閉鈉蒸汽輸氣管道21或者鈉爐I是不可操作的從而只將入口反應(yīng)氣體31輸送至反應(yīng)爐29。
[0037]反應(yīng)爐29包括用于加載或卸載襯底(諸如襯底39 )的門37。襯底39通過石英舟41被固定在反應(yīng)腔43內(nèi)。擋熱板45包括加熱元件并且用于將反應(yīng)爐29加熱至不同溫度。在一些實施例中，襯底39是太陽能電池襯底。在不同實施例中，襯底39由玻璃、諸如聚酰亞胺的適合的有機材料或金屬箔形成。在其他實施例中，由另一種適合的構(gòu)件代替石英舟41以將襯底39固定在反應(yīng)腔43內(nèi)。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的方法，襯底39包括位于其表面上的金屬前體材料，并且在反應(yīng)爐29的反應(yīng)室43內(nèi)，至少在入口反應(yīng)氣體31與襯底39表面的金屬前體之間發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明通過加熱包括襯底39的反應(yīng)爐29而引起反應(yīng)。在一些實施例中，襯底39上的金屬前體是CuInGa，但是在其他實施例中使用其他前體材料。在一些實施例中，反應(yīng)是將含S的反應(yīng)氣體用作入口反應(yīng)氣體31的硫化操作，而在另一個實施例中，反應(yīng)是將含Se的反應(yīng)氣體用作入口反應(yīng)氣體31的硒化操作，但在其他實施例中仍執(zhí)行其他反應(yīng)和方法。根據(jù)襯底39上的金屬前體是CuInGa的實施例，在硒化操作中，CuInGa前體通過熱硒化操作轉(zhuǎn)化為Cu (In, Ga) Se (即，CIGS)，并且在一些實施例中，硒化操作之后是硫化操作，其中硒化后的前體材料CIGS通過熱工藝(其中，CIGS與含S氣體反應(yīng))轉(zhuǎn)化為Cu (In，Ga) SeS ( S卩，CIGSS)。
[0039]入口反應(yīng)氣體31由不同氣體源中的一種或若干種氣體組成。在示出的實施例中，氣體源49、51、53和55供給氣體混合器57。在示出的實施例中，氣體源49是H2Se,氣體源51是Ar，氣體源53是隊以及氣體源55是&5。在其他實施例中使用其他氣體源。在一個實施例中，氣體源49中的反應(yīng)物H2Se在氣體混合器57中與氣體源51中的Ar結(jié)合，并且作為入口反應(yīng)氣體31被輸送以用于反應(yīng)室43內(nèi)執(zhí)行的硒化操作。在一個實施例中，氣體源53中的N2在氣體混合器57中與氣體源55中的反應(yīng)物H2S結(jié)合并且作為入口反應(yīng)氣體31被輸送至反應(yīng)室43以用于硫化反應(yīng)。對于硒化操作和硫化操作兩者而言，不同的硒源和硫源用在其他實施例中并且在其他實施例中還使用除了氬氣和氮氣之外的載氣。在一些實施例中，氣體源51中的Ar、氣體源53中的N2或其他惰性氣體在退火操作中被輸送至反應(yīng)室43。
[0040]圖3和4示出了根據(jù)本發(fā)明的所執(zhí)行的操作的實施例的兩種工藝曲線。圖3示出了硒化步驟3a，之后為硫化步驟3b。根據(jù)該實施例，硒化步驟3a、硫化步驟3b以及溫度的傾斜升溫和傾斜降溫步驟都在諸如反應(yīng)爐29的爐內(nèi)執(zhí)行。硒化步驟3a包括將含Se的反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)爐29以與襯底上的金屬前體進行反應(yīng)，而硫化步驟3b包括將含S的反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)爐29以與襯底上的金屬前體進行反應(yīng)。
[0041]根據(jù)圖3的溫度-時間曲線，硫化步驟3b發(fā)生在比硒化步驟3a更高的溫度T2下。在一個實施例中，溫度T2介于約500°C至600°C的范圍內(nèi)，而溫度Tl介于約400°C至500°C的范圍內(nèi)，但是在其他實施例中使用其他絕對和相對溫度。在一些實施例中，硒化步驟3a的時間tl和硫化步驟3b的時間t2均介于約10分鐘至I小時的范圍內(nèi)，但是在其他實施例中使用其他的時間。在圖3中，t2似乎小于tl，但是在其他實施例中，時間是相同的，而在又一個其他實施例中，tl小于t2。根據(jù)一個實施例，在硒化反應(yīng)步驟3a中沒有使用鈉蒸汽，而隨后在硫化步驟3b中，將鈉蒸汽加入到反應(yīng)中。根據(jù)一個實施例，在硫化步驟3b中加入鈉蒸汽防止了過早使鈉引入硫?qū)倩衔锊牧系男纬傻膯栴}。在硒化、硫化的順序中過早加入鈉的一個潛在問題是:鈉和Ga沿著硫?qū)倩衔锊牧系牡撞?即，在硫?qū)倩衔锊牧吓c諸如Mo的下面的材料之間的界面處)形成結(jié)合。
[0042]圖4示出了根據(jù)發(fā)明的另一個工藝順序的實施例的溫度-時間工藝曲線。圖4示出了硒化步驟4a，之后為退火步驟4b，而后為硫化步驟4c。通過使用任意不同的惰性氣體來執(zhí)行可選的退火步驟，但是在一些實施例(見如下)中，在退火步驟4b期間還弓I入鈉蒸汽。根據(jù)一個實施例，硒化步驟4a的溫度Tl介于約400°C至500°C的范圍內(nèi)，退火步驟4b期間的溫度T2介于約400°C至600°C的范圍內(nèi)，并且硫化步驟4c中使用的溫度T3介于約450°C至550°C的范圍內(nèi)，但是在其他實施例中使用其他相對溫度和其他絕對溫度。在不同實施例中，對應(yīng)于硒化步驟4a、退火步驟4b和硫化步驟4c的時間tl、t2、t3不同，并且每個時間通常都介于約10分鐘至約I小時的范圍內(nèi)，但是在其他實施例中使用其他時間和其他相對時間。
[0043]再次參照圖4，根據(jù)一個實施例，在硒化步驟4a中沒有使用鈉蒸汽，但是在退火步驟4b和/或硫化步驟4c中使用鈉蒸汽。在一個實施例中，僅在退火步驟4b中使用鈉蒸汽，在另一個實施例中，僅在硫化步驟4c中使用鈉蒸汽,而在又一個實施例中,在退火步驟4b和硫化步驟4c中都使用鈉蒸汽。
[0044]應(yīng)該理解圖3和圖4中示出的曲線表示不同的實施例并且不限制本發(fā)明。根據(jù)另一個實施例，工藝順序包括硒化操作，之后為硫化操作，而后為退火操作。根據(jù)這一順序，在硫化操作和/或退火操作期間加入并且結(jié)合鈉蒸汽。根據(jù)這一順序，硫化溫度或者退火溫度可以是這兩個溫度中較高的溫度。
[0045]根據(jù)將鈉引入硫?qū)倩衔锇雽w材料中的不同實施例，使用具有不同鈉蒸汽濃度的不同鈉蒸汽流速。氣體混合物35內(nèi)的鈉蒸汽27的百分比在不同實施例中不同，并且被選擇為在形成的具有不同厚度和密度的硫?qū)倩衔锇雽w材料中產(chǎn)生期望的整體鈉濃度和硫雜質(zhì)摻雜物分布梯度。在一些實施例中，硫?qū)倩衔锇雽w材料的整體鈉雜質(zhì)濃度介于約0.05%至約1.0%的范圍內(nèi)，但是在其他實施例中使用其他百分比。
[0046]根據(jù)一方面，提供了一種用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法。該方法包括:在爐中設(shè)置其上設(shè)置有金屬前體的襯底；蒸發(fā)鈉以產(chǎn)生鈉蒸汽；使鈉蒸汽與入口反應(yīng)氣體流結(jié)合以生成氣體混合物；將氣體混合物輸送至爐中；并且促使氣體混合物與金屬前體在爐中發(fā)生反應(yīng)，以形成其中具有鈉摻雜劑的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料。
[0047]在一些實施例中，蒸發(fā)包括將固體鈉源材料加熱到至少約400°C的溫度，并且，所述促使包括加熱。
[0048]在一些實施例中，固體鈉源材料包括NaF、NaCl、NaN03、Na2Se03、Na2S和Na2Se中的至少一種。
[0049]在一些實施例中，蒸發(fā)包括將載氣導至蒸發(fā)器單元，鈉蒸汽包括鈉蒸汽流并且所述結(jié)合包括將鈉蒸汽流加入到入口反應(yīng)氣體流中。
[0050]在一些實施例中，載氣包括H2S、H2Se、N2和Ar中的一種。
[0051 ] 在一些實施例中，入口反應(yīng)氣體流包括H2S,并且促使氣體混合物發(fā)生反應(yīng)包括促使硫化反應(yīng)。
[0052]在一些實施例中，促使步驟包括加熱并且還包括:在促使之前，使金屬前體與硒反應(yīng)。
[0053]在一些實施例中，該方法還包括:在促使之前，使金屬前體與硒反應(yīng)。
[0054]在一些實施例中，該方法還包括:在促使之前，使用比促使中使用的溫度更高的退火溫度，利用惰性退火氣體和鈉蒸汽進行退火。
[0055]在一些實施例中，該方法還包括:在促使之前，通過使金屬前體與硒反應(yīng)進行硒化，以及在硒化之后和促使之前，通過使用惰性退火氣體和鈉蒸汽來進行退火。
[0056]根據(jù)另一方面，提供了一種用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法。該方法包括:在爐中設(shè)置其上具有金屬前體的襯底；蒸發(fā)鈉以產(chǎn)生鈉蒸汽；在爐中的硒化反應(yīng)中，通過引起硒與金屬前體之間的熱反應(yīng)來進行硒化；在硒化反應(yīng)之后，在爐中的硫化反應(yīng)中，通過引起硫與金屬前體之間的熱反應(yīng)來進行硫化；并且在硒化反應(yīng)之后進行退火，其中，硫化反應(yīng)和退火中的至少一種包括引起鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)。
[0057]在一些實施例中，在退火之后，以比退火溫度更低的溫度執(zhí)行硫化，并且以比硒化反應(yīng)溫度更高的溫度執(zhí)行退火。
[0058]在一些實施例中，硫化包括:通過將含硫的氣體混合物輸送至爐中，并且使鈉蒸汽與含硫的氣體混合物結(jié)合而使得鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)。
[0059]在一些實施例中，退火包括:在退火期間，通過將鈉蒸汽輸送至爐中而使得鈉蒸汽與金屬前體反應(yīng)。
[0060]在一些實施例中，蒸發(fā)步驟包括:加熱固體鈉源材料,該固體鈉源材料包括NaF、NaCl、NaN03、Na2SeO3、Na2S 以及 Na2Se 中的至少一種。
[0061]在一些實施例中，蒸發(fā)步驟包括:將載氣導向至蒸發(fā)器單元，鈉蒸汽包括鈉蒸汽流，硫化和退火中的至少一種包括:將鈉蒸汽流輸送至爐中，其中，載氣包括H2s、H2Se, N2和Ar中的一種。
[0062]提供了一種形成摻鈉的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:適用于容納其上具有金屬前體的襯底的爐；其中具有固體鈉源材料的鈉蒸發(fā)器，并且其包括能夠蒸發(fā)固體鈉源材料以產(chǎn)生鈉蒸汽的加熱器；反應(yīng)氣體源；流動性地將反應(yīng)氣體源連接至爐的導管；以及流動性地將鈉蒸發(fā)器連接至導管的鈉蒸汽導管；其中，導管適用于將反應(yīng)氣體與鈉蒸汽的混合物輸送至爐中。
[0063]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括載氣源和預熱器，其中，載氣源位于鈉蒸發(fā)器上游并且通過載氣管道連接至鈉蒸發(fā)器，而預熱器適用于對位于鈉蒸發(fā)器上游的載氣管道進行加熱。
[0064]在一些實施例中，固體鈉源材料包括NaF、NaCl、NaN03、Na2Se03、Na2S和Na2Se中的至少一種。
[0065]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括適于對位于蒸發(fā)器下游的鈉蒸汽導管進行加熱的加熱器。
[0066]上文僅說明了本發(fā)明的原理。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認識到，他們能夠設(shè)計出體現(xiàn)本發(fā)明原理的不同布置(雖然在本發(fā)明中沒有明確地描述或示出)，并且它們包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi))。而且，本文中敘述的所有實例和條件性語言主要用于明確地表示、僅用于教育目并且?guī)椭x者理解發(fā)明人貢獻的本發(fā)明的原理和概念以促進現(xiàn)有技術(shù)，并且應(yīng)當理解不應(yīng)將本發(fā)明限制于這些具體地敘述的實例和條件。而且，本文中敘述原理、方面和實施例的所有陳述及其具體實例旨在包含其結(jié)構(gòu)和功能的等同物。此外，這種等同物預期包括當前已知的等同物和未來將被開發(fā)的等同物，即執(zhí)行相同功能(不論何種結(jié)構(gòu))的任何開發(fā)的元件。
[0067]預期結(jié)合附圖(被認為是整個撰寫的說明書的一部分)中的圖來閱讀對示例性實施例的這種說明。在說明書中，諸如“低于”、“高于”、“水平的”、“垂直的”、“在…上方”、“在…下方”、“上”、“下”、“頂部”和“底部”以及其派生(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”，等等)等相對術(shù)語應(yīng)該解釋為表示如隨后描述的或述論的附圖中示出的方向。這些相對術(shù)語是為了便于描述并且不要求在具體方向上構(gòu)造或操作裝置。除非另有明確描述，諸如“連接”和“互連”的涉及接合、連接的術(shù)語是指其中一個結(jié)構(gòu)直接或通過插入結(jié)構(gòu)間接地固定或接合至另一結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及兩者都是可移動的或剛性的接合或關(guān)系。
[0068]雖然通過示例性實施例已描述了本發(fā)明，但其不限于此。相反，所附權(quán)利要求應(yīng)該廣泛地解釋，以包括由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的等效物的精神和范圍的情況下可以做出的本發(fā)明的其他變化例和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法，所述方法包括: 在爐中設(shè)置其上設(shè)有金屬前體的襯底； 蒸發(fā)鈉以產(chǎn)生鈉蒸汽； 使所述鈉蒸汽與入口反應(yīng)氣體流結(jié)合以生成氣體混合物； 將所述氣體混合物輸送至所述爐中；以及 促使所述氣體混合物與所述金屬前體在所述爐中發(fā)生反應(yīng)，以形成其中具有鈉摻雜劑的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述蒸發(fā)包括將固體鈉源材料加熱到至少約400 0C的溫度，并且所述促使包括加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述固體鈉源材料包括NaF、NaCl,NaNO3>Na2SeO3^ Na2S 和 Na2Se 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述蒸發(fā)包括將載氣導至蒸發(fā)器單元，所述鈉蒸汽包括鈉蒸汽流，并且所述結(jié)合包括將所述鈉蒸汽流加入至所述入口反應(yīng)氣體流中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述載氣包括H2S、H2Se、N2和Ar中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述入口反應(yīng)氣體流包括H2S，并且促使所述氣體混合物發(fā)生反應(yīng)包括促使發(fā)生硫化反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述促使包括加熱，并且所述方法還包括:在所述促使之前，使所述金屬前體與硒反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:在所述促使之前，使所述金屬前體與硒反應(yīng)。
9.一種用于形成硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的方法，所述方法包括: 在爐中設(shè)置其上具有金屬前體的襯底； 蒸發(fā)鈉以產(chǎn)生鈉蒸汽； 在所述爐中的硒化反應(yīng)中，通過促使硒與所述金屬前體之間發(fā)生熱反應(yīng)而進行硒化；在所述硒化反應(yīng)之后，在所述爐中的硫化反應(yīng)中，通過促使硫與所述金屬前體之間發(fā)生熱反應(yīng)而進行硫化；以及 在所述硒化反應(yīng)之后進行退火， 其中，所述硫化和所述退火中的至少一種包括:促使所述鈉蒸汽與所述金屬前體反應(yīng)。
10.一種用于形成摻有鈉的硫?qū)倩衔锇雽w吸收材料的系統(tǒng)，包括: 爐，用于容納其上具有金屬前體的襯底； 鈉蒸發(fā)器，其中具有固體鈉源材料，并且包括能夠蒸發(fā)所述固體鈉源材料以產(chǎn)生鈉蒸汽的加熱器； 反應(yīng)氣體源； 導管，將所述反應(yīng)氣體源流動性地連接至所述爐；以及 鈉蒸汽導管，將所述鈉蒸發(fā)器流動性地連接至所述導管； 其中，所述導管用于將所述反應(yīng)氣體與所述鈉蒸汽的混合物輸送至所述爐中。
【文檔編號】C23C16/30GK104342634SQ201310495883
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】吳忠憲, 嚴文材, 吳志力 申請人:臺積太陽能股份有限公司